本文選題：碳膜 + 封裝��； 參考：《催化學(xué)報》2017年11期

【摘要】：鐵是地球上最豐富的元素之一,它在生命反應(yīng)中起到至關(guān)重要的作用.目前,鐵基催化劑廣泛應(yīng)用于合成氨、費托合成、NO_x的選擇性催化還原等.最近,鐵因其含量豐富、價格低廉、無毒等優(yōu)勢而在多相催化方面引起了重點關(guān)注.最新研究發(fā)現(xiàn),鐵基催化劑在甲烷直接偶聯(lián)制乙烯、氧還原以及芳硝基化合物的選擇性加氫等領(lǐng)域具有突出表現(xiàn),其中芳硝基化合物選擇性加氫是一類具有重要應(yīng)用前景的反應(yīng),這是因為苯胺(AN)是一種重要的精細(xì)化學(xué)品和有機(jī)中間體,廣泛用于醫(yī)藥、染料、農(nóng)藥等行業(yè),苯胺的年產(chǎn)量超過了400萬噸,目前使用的催化劑主要有Raney Ni、負(fù)載鎳、Ru/SnO_2及少量鉑碳、鈀碳催化劑.但是,在Ni基催化劑上,硝基苯加氫主要經(jīng)過間接縮合途徑,同時會伴有氧化偶氮苯(AOB)、偶氮苯(AB)和氫化偶氮苯(HAB)等副產(chǎn)物生成,這些高沸點的副產(chǎn)物會帶來一系列問題,如產(chǎn)物分離困難、產(chǎn)品純度較低以及催化劑失活等.在這種情況下,為了加速苯胺生成,工業(yè)上一般采用過量的Raney Ni催化劑.貴金屬(如Pt,Pd和Ru等)對催化芳硝基化合物加氫具有極高的活性,且苯胺的生成主要經(jīng)過直接加氫途徑.然而,由于成本過高,貴金屬催化劑的大規(guī)模應(yīng)用還存在一定的困難.本文采用簡易的方法制備了一種鐵基催化劑,在這個催化劑中氧化鐵納米顆粒被碳膜包覆并嵌入至平板碳中(Fe_2O_3@G-C).該催化劑由活性炭、苯胺及醋酸亞鐵熱解所得.通過掃描電鏡(SEM)、拉曼光譜(Raman)及X射線衍射(XRD)分析,我們證實在原始碳顆粒上形成了新的碳膜.同時高倍透射電鏡圖也清楚地揭示了氧化鐵納米顆粒被碳膜包覆的結(jié)構(gòu).實驗發(fā)現(xiàn),Fe_2O_3@G-C-900催化劑(900 ~oC熱解所得)在芳硝基化合物選擇性加氫反應(yīng)中具有很高的活性.在2 MPa H_2,70 ~oC條件下反應(yīng)2 h,硝基苯(NB)轉(zhuǎn)化率達(dá)到95.4%,苯胺選擇性達(dá)到99.1%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他載體(活性炭、Si O_2、Al_2O_3和MgO)負(fù)載的鐵基催化劑.表征結(jié)果發(fā)現(xiàn),Fe_2O_3@G-C-900催化劑的高活性可能與其具有較大的比表面積(573.7 m~2/g)、孔體積(0.22 cm~3/g,孔徑小于2 nm)、高度分散的氧化鐵納米顆粒以及氧化鐵納米顆粒和其表面碳膜的協(xié)同作用密切相關(guān).此外,催化劑中引入的氮原子不僅可以在包覆的碳膜上形成缺陷,也能進(jìn)一步增強(qiáng)包覆在氧化鐵納米顆粒表面的碳膜的催化活性.通過對Fe_2O_3@G-C-900催化劑在硝基苯加氫反應(yīng)中的循環(huán)使用活性的考察,發(fā)現(xiàn)該催化劑在循環(huán)使用5次后,仍具有良好的活性.更重要的是,在Fe_2O_3@G-C-900催化劑上硝基苯的加氫主要是直接途徑,反應(yīng)中沒有高沸點AOB,AB和HAB等副產(chǎn)物生成.鑒于Fe_2O_3@G-C-900催化劑對NB加氫具有優(yōu)異的活性,我們還進(jìn)行了一系列含有不同取代基團(tuán)的芳硝基化合物的加氫實驗,發(fā)現(xiàn)對位取代的底物相對于間位及鄰位的底物更容易發(fā)生加氫還原反應(yīng),這應(yīng)歸因于該催化劑的孔徑較小(0.52nm).這些研究方法可以擴(kuò)展至其他金屬催化劑的制備,以促進(jìn)高效益和可持續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展.
[Abstract]:......
【作者單位】： 浙江大學(xué)化學(xué)系生物質(zhì)化工教育部重點實驗室;浙江大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院;
【基金】：supported by the National Natural Science Foundation of China(21473155,21273198) Natural Science Foundation of Zhejiang Province(LZ12B03001)~~
【分類號】：O643.36;TB383.1

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本文編號：1767443